列车风作用下桥上防风屏障的疲劳性能分析

为了保证风区高速铁路桥上列车运行安全,一般在桥上设置防风屏障。防风屏障受到列车运行产生的脉动力作用,在列车风致脉动力或其与自然风共同作用下的疲劳性能是防风屏障设计的重要问题。以兰新第二双线铁路桥上防风屏障为工程实例,建立防风屏障有限元模型,考虑外部自然风荷载和车致脉动力荷载,获得防风屏障各关键节点处的应力时程,然后基于累积损伤理论评价防风屏障结构的疲劳性能。研究结果表明:防风屏障结构钢立柱底部、防风板中部为危险位置,并且考虑自然风及车致脉动风力会极大地增加防风屏障关键节点处的应力;特别是防风板的应力远高于立柱的应力,应引起重视。针对本工程设计的防风屏障结构在设计风速下疲劳性能良好。     

考虑防撞墙影响的高速铁路桥梁声屏障及翼缘板上脉动力数值分析

以可压缩黏性流体的N-S方程和k-ε双方程湍流模型为基础,考虑防撞墙对空压的影响,采用计算流体力学软件PHOENICS,对高速列车行驶时作用在有防撞墙铁路桥梁声屏障和箱梁翼缘板上的脉动力分布进行数值分析.结果表明,列车车头驶入声屏障、经过声屏障中部区域和驶出声屏障时,声屏障各处脉动力时程曲线形式不同,脉动力沿声屏障高度的分布为先增大后减小,约在1/2声屏障高度处达到最大值;桥梁翼缘板上的脉动力峰值沿横桥向基本呈线性增大至防撞墙处;声屏障和桥梁翼缘板上的脉动力峰值与列车速度的平方呈线性关系.根据分析结果给出了脉动力峰值计算公式以及考虑脉动力的结构设计组合荷载.     

大跨度桥梁弯扭耦合抖振响应分析

本文根据随机荷载激励下结构振动响应的频域分析理论，从作用在桥梁上的自激气动力和抖振气动力出发，推导了桥梁结构在空气动力作用下考虑静风压力的弯扭耦合抖振响应的计算公式，并通过实例分析了耦合和静风压力对结构抖振响应的影响。计算结果表明，静风压力和弯扭耦合对抖振响应计算有较大影响，在计算中应予以考虑。     

铁路沿线太阳能电池板及支架立柱的抗风性能

以西成(西安—成都)高速铁路沿线立柱式太阳能电池板支架立柱的布设为背景,通过数值计算、风洞试验及有限元分析研究其抗风性能。为避免结构共振,须获得高速列车脉动风压的振动特性,通过刚性模型测力试验获取了结构最不利风偏角,试验结果可作为调整结构布设方向的依据。铁路沿线结构抗风设计须考虑自然风荷载和列车脉动风荷载的综合作用。本文提出了一种验算铁路沿线结构抗风安全性的方法:基于数值计算得到结构受列车风荷载作用下的极限风压,以此反算结构所受极限风荷载,并利用风洞试验及有限元计算方法计算结构应力。     

索梁结构应急桥抖振响应分析

针对新型索梁结构应急桥结构刚度小、质量轻的特点,开展脉动风荷载作用下应急桥的抖振响应研究。利用ANSYS软件建立桥梁结构模型,分析其动力特性。采用谐波合成法模拟脉动风场,基于准定常抖振分析模型计算了主梁节点的静风力、抖振力。运用APDL编制程序分析轻型索梁结构应急桥的抖振响应,分析气动导纳函数和自激气动力对桥梁结构抖振响应的影响,并对提出的斜拉索抗风缆方案进行抖振响应计算。计算结果表明:索梁结构应急桥抖振横向位移远大于竖向位移,说明结构侧向刚度较弱;跨中主缆应力对风速变化更为敏感,而吊杆应力波动较小;索梁结构应急桥跨中横向位移主要受主梁正对称侧弯振型的影响;竖向位移主要受主梁一阶正对称竖弯振型的影响;扭转角主要受主梁一阶正对称扭转振型的影响;不考虑气动导纳函数会使索梁结构应急桥抖振响应计算结果偏大,气动自激力对结构抖振响应影响较小。与原方案相比,斜拉索抗风缆方案能够极大地降低横向抖振位移,对竖向位移和扭转角影响较小。     

我国高速铁路声屏障气动效应研究与探索

针对高速铁路声屏障的安全可靠性，从气动效应角度阐述其研究现状、研究成果及存在的挑战，并基于我国高速铁路声屏障应用场景，探讨列车脉动力的主要影响因素和声屏障结构的振动特性，结合技术标准中与气动效应相关的要求和规定，提出完善标准体系的相关建议，并对未来的重点研究方向进行展望。结果表明：列车脉动力受列车运行速度、列车车型及声屏障设置位置等因素的共同影响，列车脉动力与运行速度的平方基本服从线性关系；声屏障气动效应还与车头流线型、车体截面形状等列车气动性能参数相关，相同速度条件下不同车型的脉动力差异可达45%；在列车脉动力作用下，声屏障钢立柱以横向振动为主，呈现典型受弯构件的特征，而单元板以整体往复横向运动为主，振幅受安装状态的影响显著，声屏障动力性能评估重点为结构的低频振动；未来可结合声屏障结构振动特征和服役性能变化情况，深化声屏障气动荷载产生机理和动力分析方法的研究，探索声屏障服役性能演变机理和规律，完善声屏障结构安全性能检测评估体系，发展快速高效检测技术。     

轮轨动荷载作用下全封闭声屏障的振动分析

以全封闭声屏障为研究对象,分析CRH_2型动车组、C_(80)型货车轮轨动荷载作用下声屏障的振动响应。建立金属吸声板声屏障、混凝土声屏障与32 m箱梁耦合的有限元动力分析模型,分析列车作用在箱梁上的轮轨力。通过计算得到不同列车速度下声屏障的位移和加速度响应,分析动位移、振动加速度、频谱特性和总振级的变化规律。结果表明:轮轨动荷载作用下声屏障的竖向、横向位移很小,均在2 mm以内;动车组作用下声屏障的振动加速度峰值可达5 m/s~2;金属吸声板声屏障各考察点处的竖、横向振动加速度在各车速下均较混凝土声屏障大;声屏障振动加速度级在频率40~80 Hz出现第一个峰值(较大),在频率400~800 Hz出现次峰值(较小)。     

公铁双层桥梁风屏障的气动效应分析与结构选型

为了确定某公铁两用双层桥梁风屏障的合理结构形式,通过风洞试验测试了不同工况下公路及铁路桥面不同位置处的流场分布特性以及CRH2列车和公路大货车的气动力系数,应用风-车-桥耦合振动分析方法计算了不同车辆的动力响应。分别从桥面局部风场、车辆气动力以及车辆动力响应3个方面评价并比选了公路及铁路桥面风屏障的最优形式。研究结果表明,以上3种评价方法的结果存在一定的一致性,铁路风屏障纵条形开孔形式的防风效果优于圆孔形开孔形式,公路风屏障亦然。     

硅藻土地层隧道基底钢管桩加固前后结构动力响应北大核心

依托飞凤山隧道工程,采用数值模拟方法研究了列车动荷载作用下硅藻土地层隧道基底微型钢管桩加固前后的动力响应特性,并引用经验公式预测了隧道长期沉降。结果表明:基底加固前后,列车动荷载作用下隧道结构振动加速度响应峰值均依次为仰拱>墙脚>拱顶>拱肩>边墙,动位移响应峰值均依次为仰拱>墙脚>边墙>拱肩>拱顶;采用钢管桩加固后,隧道结构振动加速度和动位移响应程度都得到明显控制,仰拱处的振动加速度响应峰值和动位移响应峰值分别减小了14.46%和30.58%;硅藻土地层隧道车致长期沉降主要发生在运营期前两年,钢管桩加固基底可有效减少隧道长期沉降。     

台风地区高速铁路混凝土声屏障结构分析研究

以台风地区高速铁路声屏障为研究对象,介绍整体式混凝土声屏障的设计概况,以及作用于声屏障的自然风荷载与高速列车脉动风荷载的特性,并按照相应的规范进行验算,验算结果表明混凝土声屏障具有良好的结构承载能力。采用ANSYS进行详细的空间有限元分析计算,详细分析结构细部受力,并对加高1.0 m通透屏进行参数讨论,结果表明混凝土声屏障受力合理,1.0 m通透屏的连接方式显著影响通透屏在荷载下的侧向位移。最后对声屏障的自振特性做详细的分析,声屏障的基频远高于高速列车的2.0~4.0 Hz,因此声屏障结构基本不会产生共振。     

基于高速列车振动荷载的桩-土-结构相互作用分析

通过总结高速列车振动荷载相关研究,给出高速列车振动荷载简化表达式。将端承桩看作连续分布水平弹簧-阻尼单元的动力Winkler地基梁模型,建立不考虑轴向力影响的动力平衡微分方程,利用Laplace变换求得动力荷载作用下的水平动力阻抗,通过群桩模型计算结果验证其频率相关性,随着荷载频率变化,水平动力阻抗出现大幅度振荡。建立86 m×142m×86 m 3跨高速铁路刚构桥有限元模型,分析高速列车通过时考虑与不考虑桩土相互作用的桥梁动力响应。对比计算结果,考虑桩-土相互作用的影响,结构将产生更大的位移响应,而上部结构节点力却相应减小;随着列车运行速度变化,桩土相互作用强度也同时发生改变;土层材料参数的变化也将影响桩-土相互作用强度,而且浅层土的影响大于深层土。     

南京南站振动响应特性研究

以南京南站为研究对象,从模态分析、谐响应分析、瞬态分析3个方面研究南京南站自身的特性以及车致振动响应特点。结果表明,南京南站属于上柔下刚的结构,楼板层结构的敏感频率范围为1～10 Hz。研究不同工况的行车特性,结果表明:不相邻的线路行车,车致振动对楼板层的振动响应影响不大,车致振动沿着垂直轨道方向和楼层高度方向呈指数形式衰减的趋势,站台层与候车厅层的频谱存在一定差距,楼板层的频率响应以0～40 Hz的低频振动为主。     

风—车—人群联合作用下浔江特大桥振动性能与舒适性评价

大跨钢箱梁斜拉桥具有频率低、阻尼小的特征,在风、车辆、人群等动力荷载作用下极易发生大幅振动,具有人行交通功能主梁的振动性能与舒适性评价是桥梁运营期普遍关注的问题。以在建的平容高速浔江特大桥(主跨636 m的大跨钢箱混合梁斜拉桥)为工程背景,通过桥梁动力响应时域理论分析,研究桥梁在风、车流、人群荷载联合作用下的振动性能、评价桥梁的振动舒适度,提出基于调谐质量阻尼器的舒适度提升措施。研究结果表明：1)在人群密度为1.5人/m²的人流荷载、4级道路服务水平等级交通流车辆荷载和5 m/s风速范围内脉动风荷载联合作用下,桥梁竖向加速度峰值小于1.0 m/s²,横向加速度峰值小于0.2 m/s²,满足EN03设计指南的CL2(中等)舒适度标准。当风速超过5 m/s时,风、车流、人群联合作用下的桥梁振动加速度峰值不满足中等舒适度标准。2)人致振动响应以2 Hz附近的竖弯模态为主,车致振动响应以低阶和高阶竖弯模态为主,风致振动响应以低阶竖弯、扭转和侧弯模态为主,根据风、车流、人群联合作用下的桥梁振动特征,提出采用调谐质量阻尼器提升第1阶...     

接触网参数对接触网风致响应的影响及风洞试验验证

大风作用会使接触网发生更大更复杂的振动与风偏,为给大风区接触网的防风设计提供科学依据,采用有限元计算与风洞试验相结合的方法进行研究。利用ANSYS软件建立包括支撑结构和悬挂部分的有限元耦合模型;采用谐波合成法(WAWS)模拟针对接触网结构特点的脉动风场;通过计算不同接触网参数组合方案在风荷载下的风致响应位移,定量分析得出悬挂类型、张力组合、跨距对接触网风致响应的影响。接触网气动弹性风洞试验结果表明,接触网参数对风致响应的影响的研究结果正确。研究成果应用于兰新铁路第二双线大风区接触网系统方案设计和技术参数选择,并作为主要理论支撑之一,形成了首个国内外铁路电化行业的风区接触网装备技术条件。     

基于FE-SEA混合法箱形梁结构噪声预测分析

利用有限元统计能量法,建立不同频段振动的计算模型,分析交通荷载在2.5～500Hz频段时箱形梁结构振动噪声的频域空间特性,并计算高架箱形桥梁各板单元对远场点声压的贡献量。结果表明:轮轨力作用下,箱形梁振动和结构噪声的最大幅值频率均为50Hz,也是轮轨力最大幅值对应的频率;高架箱形桥梁结构振动响应优势频率集中在31.5～100Hz频段,与轮轨力优势频率范围一致;荷载作用下箱形梁各板单元的振动和声压辐射响应规律大致相同,振动和声压辐射响应由大到小依次为顶板、翼板、腹板;与其他板单元相比,箱形梁顶板的声压贡献量较大,在远场点达到总声压的70%。采用FE-SEA混合法预测箱形梁结构噪声能够保证精度,提高计算效率,并扩展结构噪声研究的频率范围,提高了预测精度。     

列车荷载作用下高铁隧道下有小净距地铁隧道穿越时的结构动力响应特性模拟分析

基于某地铁线路以极小净距下穿京张高铁盾构隧道工程,采用人工激振函数模拟列车振动荷载,分析不同工况下的隧道动力响应特性,探讨了高铁隧道结构的振动加速度、振动速度及竖向位移规律。模拟研究结果表明:隧道监测点振动幅值变化不仅与振动强度有关,还与激振源荷载作用位置有关,高铁隧道中心截面前后±15 m范围内的位移响应最大;隧道交叉位置呈现显著的振动放大现象,造成列车动荷载影响下衬砌结构薄弱区;振动响应总体趋势为自仰拱向拱顶逐渐衰减,即仰拱为隧道振动响应的最不利位置;考虑不同工况,高铁隧道结构的最大振动加速度、振动速度和竖向位移分别为110.204 mm/s~2、3.006 mm/s、0.043 4 mm,低于结构安全振动控制标准的限值,满足安全要求。     

高速铁路声屏障动力特性研究

以高速铁路声屏障为研究对象,介绍作用于声屏障的高速列车脉动风荷载的特性.分别建立单块混凝土声屏障及金属立柱声屏障的实体有限元模型,并建立用于时程响应分析的20 m长板壳有限元模型.实体、板壳声屏障模型的自振特性分析结果表明,两者的基频结果相符较好,基频均在9.0 Hz以上,远离高速列车的2.0～4.0 Hz的脉动频率.两者模型差异导致2阶以上的自振频率存在一定差异.高3.05 m整体式混凝土声屏障的列车脉动风荷载的时程响应分析表明,声屏障的侧向最大位移与最大应力均较小.除透明板振动稍大外,结构动力性能良好,无共振现象.     

自然风对高速磁浮列车气动特性的影响

基于可压缩黏性流体的N—S方程和k—ε两方程湍流模型,采用有限容积法对磁浮列车受自然风作用下的气动力特性进行计算分析,结果表明:自然风导致列车表面的压力分布发生变化,除了列车头、尾部压力峰值点发生偏移外,列车迎风侧面的压力随着自然风速的增加而增大,随着自然风与列车之间夹角的增大呈现先增大后减小的变化规律;列车受到气动升力、侧向力以及侧滚力矩、俯仰力矩和偏转力矩的作用也随着自然风与列车之间夹角的增大呈先增大后减小的变化规律,且在自然风向与列车运行方向垂直时达到最大,此时列车受到的气动力及力矩作用均随自然风速的增大而单调增加。     

在建城际铁路桥梁增设全封闭声屏障方案研究

结合在建城际铁路桥梁设置全封闭声屏障方案的研究,从减噪性能、防腐性能、几何适应性、抗风稳定性、景观效果等各方面综合分析备选方案,确定全封闭声屏障为推荐方案。全封闭声屏障受列车气动力和风荷载共同作用,声屏障受到的荷载通过声屏障立柱作用到桥梁结构。分析增设全封闭声屏障对桥梁设计荷载、梁体纵向受力、梁体翼缘板受力、梁体支反力、梁体抗倾覆稳定性、桥梁下部结构受力等的影响,并提出相应的解决方案以及外覆式全封闭声屏障的运营养护措施建议。     

三塔悬索桥风-车-桥耦合动力分析

以温州市某大桥为例,分别考虑风荷载的平均成分和脉动成分对车桥系统的影响,建立了风荷载作用下三塔悬索桥的车桥耦合动力分析模型,并根据势能驻值原理及形成结构矩阵的"对号入座法则",导出了车桥系统的空间振动方程,采用计算机模拟的方法,计算与分析了该桥列车通过时的桥梁动力响应和列车走行性。研究结果为三塔悬索桥的动力设计提供了理论依据。